基于人机工程学的汽车座椅设计研究
田福松 罗龙飞
摘要基于人机工程学原理，探讨了汽车座椅设计当中应该考虑的因素。本文结合人机工程学的知识，从人的心理、生理特点出发，并结合汽车振动特性、视野范围以及空间分布，来分析人与座椅的相互关系和相互作用，从而得出能符合人机工程学标准的，并将安全性、舒适性考虑进来的汽车座椅的设计。
关键词人机工程学舒适度座椅设计
0引言
人机工程学是近年兴起的一门综合性强的交叉学科，它着重于研究人、机、环境相互作用和关系的规律。以此优化人-机-环境系统的一门边缘学科。其目的是让人在使用机械的过程中感到“安全、健康、舒适、高效”。
一个性能优良的汽车座椅主要取决于以下五个方面：①座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿。②驾驶员（或乘坐人）-座椅-车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的震动以及驾驶员或乘坐人所承受的全身震动负荷低于规定限值。③驾驶员（或乘坐员）-座椅-驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野。④能否为驾驶员提供一个相对于各种操纵机构的合适位置，使他能方便地进行操作。⑤能否提高驾驶人员的安全系数，当发生碰撞或翻车事故时，让驾驶员安全停留在驾驶座椅上。
1座椅的人机工程学要求
汽车的研发必须以人为本。因此汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾乘人员觉得舒适、安全的，不易疲劳、操作高效方便的汽车产品。由于驾驶员身材体型相差较大，而一辆汽车又必须满足多种不同身材体型的顾客群对机械装置的操作使用要求，因此必须对人机工程进行深入地研究。
人机工程学对座椅的要求有：
（1）较好的贴合感：座椅坐垫和靠背的形状要求与人体背部、臀部及大腿底面的形状相贴合。座椅较强的贴合感改进了两者接触面积和部位。
（2）较好的横向稳定性：在汽车过弯道时，车体受到横向加速度，乘员的身体将会发生倾斜，所以要将座椅的侧面稍加高，这样有助于胯部和大腿支撑身体。
（3）较好的背部和腰部的合理支承：汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承位于人体第5～6胸椎之间的高度上，作为肩靠能减轻颈曲变形；第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠，能保证乘坐姿势下近似于正常的腰曲弧线。
（4）各部合适的软硬感：支撑乘员的身体是座椅的基本作用，它不只是一把安乐椅，将座椅表面设计坚硬一些可以防止疲劳，但硬度过高则会与身体贴合感差，反而会压迫身体的某一部分，使人过快地感到疲劳。
（5）振动时较好的舒适性：要求有良好的共振频率、静态刚度和衰减特性。
2座椅的结构参数
座椅的舒适性一般包含操作舒适性、坐姿舒适性、振动舒适性三方面。驾驶座的操作舒适性和坐姿舒适性加之乘员座的坐姿舒适性则常通过座椅的尺寸参数和结构得到一定程度的保证，而震动舒适性却不能只靠尺寸参数来保证。确定座椅尺寸结构参数时可以参考驾驶或乘坐姿势下人体尺寸的测量值。
3在座椅设计中应用人体模板
为了评价和了解汽车的人机工程学设计，考察汽车驾驶室内主要人机工程学的设计参数，我们通常要利用人体模板。在分析评价、考察研究、实验设计人机系统过程中，用人体参数为基础建立的人体模型，它可以很好地用来描述力学特性和人体形态特征。在车身布置中最常用到的是SAEJ826人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸来制作的。将人体模板置于1∶1模型或样车的作业空间内，或将二维人体模型置于设计图纸的相关位置，可用于校核设计的可行性和合理性。结合精确的人体模板中各种主要的人体参数，考察汽车室内主要人机工程学设计参数。按照一定的经验理论，根据人体模板的标准参数，包括功能尺寸、人体静态尺寸、作业尺寸等，确定相应的座椅位置、汽车车厢空间、转向盘、扶手、操控台等的设计参数。具体分类上主要是人体的舒适性设计参数（座椅、室内空间等），操作性设计参数（方向盘、控制台、扶手、脚踏板等）以及安全性设计参数等。
4座椅空间位置的设计
为了达到操纵方便性和舒适性的要求，必须对座椅空间位置进行设计。进行此项内容设计，让驾驶员有开阔的视野范围，对方向盘、离合踏板、制动踏板等操作部件有合适的距离，以便驾驶员能够方便舒适地操作。将汽车设计对人体的布置要求和人体的舒适坐姿联系起来，布置座椅的位置，确定操纵装置与座椅两者之间的相对距离。座椅的高、宽、倾斜度、座深，靠背的高度、与座面的夹角等按照舒适坐姿选择。利用人体样板在汽车中进行人体布置的原则，确定操纵装置与座椅的相对距离。同时确定座椅在水平方向和垂直方向的调节量。
好的驾驶设计必须要保证驾驶员在连续几个小时操作的情况下，身体能够得到很好的支持。并且座椅必须有额外的空间，允许驾驶员坐在座椅上的任一边或改变在座椅上的角度，以便暂时使他的肌肉放松。
5驾驶座椅设计的安全性
5.1坐椅主动安全性
汽车驾驶座椅预防事故发生的能力称为主动安全性。为了满足主动安全性的使用要求，汽车驾驶席的设计要从如何减轻驾驶员的疲劳进行分析设计。从为驾驶员提供舒适安全的作业环境出发，考虑合理的坐垫上压力分布、座椅的尺寸设计、靠背上受到的压力等，从而减轻疲劳。
5.2坐椅被动安全性
当发生事故时，保护乘员的能力称为被动安全性。在被动安全性设计中，驾驶员的座椅相当重要，应该重点考虑。座椅被动安全性设计应达到以下要求：发生事故时，应该将对驾驶员的伤害程度降到最低；当车辆发生事故时，驾驶员要保持住一定的坐姿，这样才能使约束装置发挥良好的效能；发生事故危害时，防止其它车辆进入到驾驶空间，对驾驶员造成伤害。
5.3安全措施
提高安全性的措施主要有：加大座椅骨架强度，以满足车辆驾驶席强度的要求；配备安全带，在发生紧急刹车或正面碰撞事故时保护驾驶员；靠背和坐垫材料应具备一定的阻燃要求，防止温度过高时发生自燃。
6结束语
在汽车座椅设计中应用人机工程学，才能使其达到身体的各项生理和心理要求，以此确保驾乘人员的舒适性和行车安全性。随着数字化设计应用的不断深入，人机工程应用在汽车设计中的方法也更加精确，人机工程学将更注重人的信息处理能力，更注重人-机-环境的完整研究，并运用系统论、信息论等新兴科学来研究这个新的系统，以创造出更适合于人类使用的汽车，使人机系统的综合效能达到最佳水平。
现在越来越多的汽车座椅都开始利用人机工程学的知识及其研究成果进行设计了。只有以人机工程学的原理为基础，考虑汽车驾驶座椅的设计，才能使其具备良好的舒适性、安全性。
参考文献：
＼[1＼]周一鸣，毛恩荣.车辆人机工程学＼[M＼].北京理工大学出版社，1999.
＼[2＼]丁玉兰.人机工程学＼[M＼].北京理工大学出版社，2004.
＼[3＼]许 英，杨宏刚.汽车驾驶座椅的人机工程学设计＼[J＼].汽车维修与保养，2012（9）.
＼[4＼]安田滋.车辆用座椅舒适度评价＼[J＼].国外铁道车辆，1995（1）.
＼[5＼]穆春虹，孔姗姗.车辆驾驶座椅的人机工程学设计＼[J＼].科技论坛，2010（20）.
摘要基于人机工程学原理，探讨了汽车座椅设计当中应该考虑的因素。本文结合人机工程学的知识，从人的心理、生理特点出发，并结合汽车振动特性、视野范围以及空间分布，来分析人与座椅的相互关系和相互作用，从而得出能符合人机工程学标准的，并将安全性、舒适性考虑进来的汽车座椅的设计。
关键词人机工程学舒适度座椅设计
0引言
人机工程学是近年兴起的一门综合性强的交叉学科，它着重于研究人、机、环境相互作用和关系的规律。以此优化人-机-环境系统的一门边缘学科。其目的是让人在使用机械的过程中感到“安全、健康、舒适、高效”。
一个性能优良的汽车座椅主要取决于以下五个方面：①座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿。②驾驶员（或乘坐人）-座椅-车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的震动以及驾驶员或乘坐人所承受的全身震动负荷低于规定限值。③驾驶员（或乘坐员）-座椅-驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野。④能否为驾驶员提供一个相对于各种操纵机构的合适位置，使他能方便地进行操作。⑤能否提高驾驶人员的安全系数，当发生碰撞或翻车事故时，让驾驶员安全停留在驾驶座椅上。
1座椅的人机工程学要求
汽车的研发必须以人为本。因此汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾乘人员觉得舒适、安全的，不易疲劳、操作高效方便的汽车产品。由于驾驶员身材体型相差较大，而一辆汽车又必须满足多种不同身材体型的顾客群对机械装置的操作使用要求，因此必须对人机工程进行深入地研究。
人机工程学对座椅的要求有：
（1）较好的贴合感：座椅坐垫和靠背的形状要求与人体背部、臀部及大腿底面的形状相贴合。座椅较强的贴合感改进了两者接触面积和部位。
（2）较好的横向稳定性：在汽车过弯道时，车体受到横向加速度，乘员的身体将会发生倾斜，所以要将座椅的侧面稍加高，这样有助于胯部和大腿支撑身体。
（3）较好的背部和腰部的合理支承：汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承位于人体第5～6胸椎之间的高度上，作为肩靠能减轻颈曲变形；第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠，能保证乘坐姿势下近似于正常的腰曲弧线。
（4）各部合适的软硬感：支撑乘员的身体是座椅的基本作用，它不只是一把安乐椅，将座椅表面设计坚硬一些可以防止疲劳，但硬度过高则会与身体贴合感差，反而会压迫身体的某一部分，使人过快地感到疲劳。
（5）振动时较好的舒适性：要求有良好的共振频率、静态刚度和衰减特性。
2座椅的结构参数
座椅的舒适性一般包含操作舒适性、坐姿舒适性、振动舒适性三方面。驾驶座的操作舒适性和坐姿舒适性加之乘员座的坐姿舒适性则常通过座椅的尺寸参数和结构得到一定程度的保证，而震动舒适性却不能只靠尺寸参数来保证。确定座椅尺寸结构参数时可以参考驾驶或乘坐姿势下人体尺寸的测量值。
3在座椅设计中应用人体模板
为了评价和了解汽车的人机工程学设计，考察汽车驾驶室内主要人机工程学的设计参数，我们通常要利用人体模板。在分析评价、考察研究、实验设计人机系统过程中，用人体参数为基础建立的人体模型，它可以很好地用来描述力学特性和人体形态特征。在车身布置中最常用到的是SAEJ826人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸来制作的。将人体模板置于1∶1模型或样车的作业空间内，或将二维人体模型置于设计图纸的相关位置，可用于校核设计的可行性和合理性。结合精确的人体模板中各种主要的人体参数，考察汽车室内主要人机工程学设计参数。按照一定的经验理论，根据人体模板的标准参数，包括功能尺寸、人体静态尺寸、作业尺寸等，确定相应的座椅位置、汽车车厢空间、转向盘、扶手、操控台等的设计参数。具体分类上主要是人体的舒适性设计参数（座椅、室内空间等），操作性设计参数（方向盘、控制台、扶手、脚踏板等）以及安全性设计参数等。
4座椅空间位置的设计
为了达到操纵方便性和舒适性的要求，必须对座椅空间位置进行设计。进行此项内容设计，让驾驶员有开阔的视野范围，对方向盘、离合踏板、制动踏板等操作部件有合适的距离，以便驾驶员能够方便舒适地操作。将汽车设计对人体的布置要求和人体的舒适坐姿联系起来，布置座椅的位置，确定操纵装置与座椅两者之间的相对距离。座椅的高、宽、倾斜度、座深，靠背的高度、与座面的夹角等按照舒适坐姿选择。利用人体样板在汽车中进行人体布置的原则，确定操纵装置与座椅的相对距离。同时确定座椅在水平方向和垂直方向的调节量。
好的驾驶设计必须要保证驾驶员在连续几个小时操作的情况下，身体能够得到很好的支持。并且座椅必须有额外的空间，允许驾驶员坐在座椅上的任一边或改变在座椅上的角度，以便暂时使他的肌肉放松。
5驾驶座椅设计的安全性
5.1坐椅主动安全性
汽车驾驶座椅预防事故发生的能力称为主动安全性。为了满足主动安全性的使用要求，汽车驾驶席的设计要从如何减轻驾驶员的疲劳进行分析设计。从为驾驶员提供舒适安全的作业环境出发，考虑合理的坐垫上压力分布、座椅的尺寸设计、靠背上受到的压力等，从而减轻疲劳。
5.2坐椅被动安全性
当发生事故时，保护乘员的能力称为被动安全性。在被动安全性设计中，驾驶员的座椅相当重要，应该重点考虑。座椅被动安全性设计应达到以下要求：发生事故时，应该将对驾驶员的伤害程度降到最低；当车辆发生事故时，驾驶员要保持住一定的坐姿，这样才能使约束装置发挥良好的效能；发生事故危害时，防止其它车辆进入到驾驶空间，对驾驶员造成伤害。
5.3安全措施
提高安全性的措施主要有：加大座椅骨架强度，以满足车辆驾驶席强度的要求；配备安全带，在发生紧急刹车或正面碰撞事故时保护驾驶员；靠背和坐垫材料应具备一定的阻燃要求，防止温度过高时发生自燃。
6结束语
在汽车座椅设计中应用人机工程学，才能使其达到身体的各项生理和心理要求，以此确保驾乘人员的舒适性和行车安全性。随着数字化设计应用的不断深入，人机工程应用在汽车设计中的方法也更加精确，人机工程学将更注重人的信息处理能力，更注重人-机-环境的完整研究，并运用系统论、信息论等新兴科学来研究这个新的系统，以创造出更适合于人类使用的汽车，使人机系统的综合效能达到最佳水平。
现在越来越多的汽车座椅都开始利用人机工程学的知识及其研究成果进行设计了。只有以人机工程学的原理为基础，考虑汽车驾驶座椅的设计，才能使其具备良好的舒适性、安全性。
参考文献：
＼[1＼]周一鸣，毛恩荣.车辆人机工程学＼[M＼].北京理工大学出版社，1999.
＼[2＼]丁玉兰.人机工程学＼[M＼].北京理工大学出版社，2004.
＼[3＼]许 英，杨宏刚.汽车驾驶座椅的人机工程学设计＼[J＼].汽车维修与保养，2012（9）.
＼[4＼]安田滋.车辆用座椅舒适度评价＼[J＼].国外铁道车辆，1995（1）.
＼[5＼]穆春虹，孔姗姗.车辆驾驶座椅的人机工程学设计＼[J＼].科技论坛，2010（20）.
